Ứng Dụng Mô Hình Địa Cơ Học Trong Thiết Kế Ổn Định Giếng Khoan Phát Triển TL-5P

Luận văn về ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế ổn định giếng khoan phát triển TL-5P. Nghiên cứu chuyên sâu kỹ thuật dầu khí.

• Tác giả: Phạm Văn Thành
• Người hướng dẫn: TS. Tạ Quốc Dũng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Dầu Khí
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Địa Cơ Học Trong Thiết Kế Ổn Định Giếng Khoan Phát Triển TL-5P
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ HỌC TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH GIẾNG KHOAN PHÁT TRIỂN
• 1.1. Ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế giếng khoan GC-1P tại bồn trũng Nam Côn Sơn
• 1.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.1.2. Kết quả nghiên cứu
• 1.1.3. Trình tự công việc xây dựng mô hình cơ học đá
• 1.1.4. Tổng hợp thành phần ứng suất đứng từ số liệu của 05 giếng khoan
• 1.1.5. Ảnh hưởng của hướng khoan tới độ ổn định thành giếng
• 1.2. Ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế giếng khoan LDV-4X tại mỏ LDN và LDV
• 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.2. Kết quả nghiên cứu
• 1.2.3. Trình tự công việc xây dựng mô hình địa cơ học của giếng LDV-4X
• 1.2.4. Mô hình địa cơ học cho giếng khoan LDV-4X
• 1.3. Nghiên cứu ứng suất tại chỗ và độ bền đất đá tại mỏ Rạng Đông, áp dụng trong khoan tại tầng đá móng
• 1.3.1. Tóm tắt nghiên cứu
• 1.3.2. Giới thiệu chung vùng mỏ nghiên cứu
• 1.3.3. Phương pháp nghiên cứu, quy trình thực hiện và dữ liệu đầu vào
• 1.3.4. Phân tích mô hình địa cơ học
• 1.3.5. Ảnh hưởng của giảm áp suất thành hệ và ứng suất đất đá khu mỏ
• 1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ ổn định thành giếng khoan lên khả năng khoan các giếng khoan vươn xa mỏ Chim Sáo bồn trũng Nam Côn Sơn
• 1.4.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.4.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4.3. Các sự cố trong quá trình khoan
• 1.4.4. Mô hình địa cơ học
• 1.4.5. Dự đoán cơ chế phá huỷ thân giếng
• 1.4.6. Phân tích ổn định thành giếng cho khả năng vươn xa của giếng khoan
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẾNG KHOAN & MÔ HÌNH ĐỊA CƠ HỌC TRONG THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH GIẾNG KHOAN
• 2.1. Các loại ứng suất trong đất đá
• 2.1.1. Ứng suất thẳng đứng
• 2.1.2. Ứng suất nhỏ nhất theo phương ngang
• 2.1.3. Ứng suất lớn nhất theo phương ngang
• 2.1.4. Áp suất lỗ rỗng và ứng suất hiệu dụng
• 2.1.5. Ứng suất vòng quanh lỗ khoan
• 2.2. Các thông số độ bền đất đá
• 2.2.1. Lực cố kết S0
• 2.2.3. Độ bền nén đơn trục (UCS)
• 2.2.4. Độ bền kéo của đất đá (T)
• 2.3. Các hiện tượng liên quan tới ảnh hưởng của trường ứng suất
• 2.3.1. Sự hình thành khe nứt trong khi khoan
• 2.3.2. Phá hủy cắt
• 2.3.4. Các loại đứt gãy có thể xảy ra trong đất đá
• 2.5. Ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế giếng khoan
• 2.5.1. Tính toán tỷ trọng dung dịch khoan tránh hiện tượng Breakout và hiện tượng tạo khe nứt
• 2.5.2. Thiết kế quỹ đạo giếng khoan tối ưu
• 2.5.3. Xác định chiều sâu đặt chân đế ống chống
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ HỌC TRONG THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH GIẾNG KHOAN TL-5P TẠI MỎ TL-DD, BỒN TRŨNG CỬU LONG
• 3.1. Thông tin chung về khu vực nghiên cứu
• 3.1.1. Vị trí và diện tích phát triển mỏ TL-DD
• 3.1.2. Lịch sử thăm dò, thẩm lượng và phát hiện dầu-khí
• 3.1.3. Tóm tắt kết quả thử vỉa
• 3.1.4. Đặc điểm cấu trúc và địa chất mỏ TL-DD
• 3.2. Công Nghệ Khoan
• 3.2.1. Qũy đạo giếng và Độ lệch
• 3.2.2. Cấu trúc ống chống
• 3.2.3. Những phức tạp và rủi ro trong quá trình khoan
• 3.3. Đánh giá độ ổn định thành giếng khoan phát triển TL-5P
• 3.3.1. Mô hình địa cơ học
• 3.3.2. Cửa sổ dung dịch khoan
• 3.3.3. Thiết lập chiều sâu ống chống và lựa chọn tỷ trọng dung dịch
• 3.3.4. Đánh giá rủi ro (QRA)
• 3.3.5. Chọn hướng khoan
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Thiết Kế Ổn Định Giếng Khoan TL 5P Là Gì

Bài viết này tập trung vào việc thiết kế ổn định giếng khoan TL-5P, một yếu tố quan trọng trong ngành dầu khí. Quá trình thiết kế này đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo sự thành công của giếng khoan, đặc biệt là trong giai đoạn phát triển mỏ. Thiết kế giếng khoan hiệu quả bao gồm việc xác định cửa sổ dung dịch khoan, độ sâu phù hợp cho từng khoảng khoan và quỹ đạo khoan tối ưu. Mục tiêu cuối cùng là duy trì sự ổn định giếng khoan trong suốt quá trình thi công. Luận văn thạc sỹ “Ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế ổn định giếng khoan phát triển TL-5P” của tác giả Phạm Văn Thành là một công trình nghiên cứu sâu sắc về vấn đề này.

1.1. Tầm quan trọng của thiết kế ổn định giếng khoan TL 5P

Trong thực tế xây dựng chương trình khoan, giai đoạn thiết kế giếng khoan có vai trò quyết định tới sự thành công của giếng khoan. Công đoạn xác định cửa sổ dung dịch khoan, độ sâu cho mỗi khoảng khoan, quỹ đạo khoan đóng một vai trò quan trọng và không thể thiếu. Đây là những yếu tố tạo nên sự ổn định của giếng khoan trong thực tế.

1.2. Tổng quan về giếng khoan TL 5P và mỏ TL DD

Giếng khoan TL-5P thuộc mỏ TL-DD nằm trong bồn trũng Cửu Long, một khu vực có điều kiện địa chất phức tạp. Việc thi công các giếng khoan phát triển tại đây thường gặp nhiều khó khăn, dẫn đến các sự cố như sập lở thành giếng, mất tuần hoàn dung dịch khoan, và kẹt cần khoan. Do đó, việc thiết kế ổn định giếng khoan một cách cẩn trọng là vô cùng cần thiết.

II. Thách Thức Rủi Ro Sập Lở Biện Pháp Phòng Ngừa Hiệu Quả

Trong quá trình khoan giếng TL-5P, các rủi ro như sập lở thành giếng, mất tuần hoàn dung dịch, và kẹt cần khoan là những thách thức lớn. Các sự cố này không chỉ gây tốn kém về chi phí mà còn ảnh hưởng đến tiến độ dự án. Để giảm thiểu rủi ro, việc ứng dụng mô hình địa cơ học để phân tích tính ổn định của thành giếng khoan, xây dựng quỹ đạo giếng khoan, xác định tỷ trọng dung dịch khoan và độ sâu đặt chân đế ống chống là vô cùng quan trọng. Giải pháp này mang tính quyết định đến khả năng thành bại của giếng khoan và tổng thể dự án.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định giếng khoan TL 5P

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ổn định giếng khoan bao gồm: ứng suất trong lòng đất, áp suất lỗ rỗng, độ bền đá, và đặc tính của dung dịch khoan. Việc hiểu rõ các yếu tố này là then chốt để thiết kế một giếng khoan an toàn và hiệu quả.

2.2. Tầm quan trọng của việc xác định tỷ trọng dung dịch khoan

Tỷ trọng dung dịch khoan đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng áp suất trong giếng khoan và ngăn ngừa hiện tượng sập lở thành giếng. Tỷ trọng quá thấp có thể dẫn đến sập lở, trong khi tỷ trọng quá cao có thể gây nứt vỉa. Việc xác định tỷ trọng dung dịch tối ưu là một phần quan trọng của thiết kế ổn định giếng khoan.

2.3. Xác định chiều sâu đặt ống chống tối ưu để ổn định giếng khoan

Chiều sâu đặt ống chống có vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ thành giếng và ngăn ngừa sập lở. Độ sâu ống chống cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo ổn định cho giếng khoan trong suốt quá trình hoạt động.

III. Mô Hình Địa Cơ Học Chìa Khóa Thiết Kế Ổn Định Giếng Khoan

Sử dụng mô hình địa cơ học giúp đánh giá chính xác ứng suất trong lòng đất, áp suất lỗ rỗng và độ bền của đá. Mô hình này cho phép kỹ sư dự đoán được các vấn đề về ổn định giếng khoan và đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Bên cạnh đó, mô hình địa cơ học giúp tối ưu hóa quỹ đạo giếng khoan và lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan phù hợp, giảm thiểu rủi ro và chi phí.

3.1. Các thành phần chính của mô hình địa cơ học

Một mô hình địa cơ học hoàn chỉnh bao gồm các thông tin về: ứng suất thẳng đứng, ứng suất ngang nhỏ nhất và lớn nhất, áp suất lỗ rỗng, độ bền nén đơn trục (UCS) và các thông số cơ lý khác của đá. Các thông tin này được thu thập từ các giếng khoan lân cận, các thí nghiệm địa cơ học và các phương pháp địa vật lý.

3.2. Ứng dụng phần mềm GMI Wellcheck trong mô phỏng địa cơ học

Phần mềm GMI Wellcheck là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng và phân tích ổn định giếng khoan dựa trên mô hình địa cơ học. Phần mềm này cho phép kỹ sư dự đoán được các rủi ro sập lở và đưa ra các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.

3.3. Tối ưu hóa quỹ đạo giếng khoan bằng mô hình địa cơ học

Quỹ đạo giếng khoan có ảnh hưởng lớn đến ổn định giếng khoan. Mô hình địa cơ học cho phép kỹ sư xác định quỹ đạo tối ưu, giảm thiểu ứng suất tập trung và nguy cơ sập lở.

IV. Phương Pháp Thiết Kế Ống Chống Dung Dịch Khoan Tối Ưu

Việc lựa chọn và thiết kế ống chống phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo ổn định giếng khoan TL-5P. Đồng thời, việc lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan thích hợp giúp cân bằng áp suất trong giếng và ngăn ngừa sập lở. Cả hai yếu tố này cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế, dựa trên mô hình địa cơ học và các dữ liệu địa chất, địa vật lý.

4.1. Nguyên tắc thiết kế các cấp ống chống cho giếng TL 5P

Thiết kế các cấp ống chống dựa trên áp suất vỉa và độ bền của đá. Việc xác định độ sâu đặt ống chống cũng cần được tính toán để hỗ trợ thành giếng.

4.2. Ảnh hưởng của dung dịch khoan đến ổn định giếng khoan

Dung dịch khoan có tác dụng cân bằng áp suất, làm mát và làm sạch giếng khoan. Loại và tỷ trọng dung dịch khoan cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện địa chất và kỹ thuật của giếng khoan.

4.3. Tính toán tỷ trọng dung dịch khoan để phòng ngừa sập lở

Việc tính toán tỷ trọng dung dịch khoan đóng vai trò quan trọng trong việc phòng ngừa sập lở và duy trì ổn định giếng khoan. Việc lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan quá thấp có thể dẫn đến sập lở, trong khi tỷ trọng quá cao có thể gây nứt vỉa.

V. Ứng Dụng Thực Tế Thiết Kế Giếng TL 5P Mỏ TL DD Thành Công

Việc ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế giếng TL-5P tại mỏ TL-DD đã mang lại những kết quả tích cực. Mô hình này giúp xác định được quỹ đạo giếng khoan tối ưu, lựa chọn tỷ trọng dung dịch khoan phù hợp và thiết kế ống chống hiệu quả, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo ổn định giếng khoan trong quá trình thi công. Kết quả này góp phần vào sự thành công của dự án phát triển mỏ TL-DD.

5.1. Phân tích kết quả ứng dụng mô hình địa cơ học cho giếng TL 5P

Phân tích kết quả ứng dụng mô hình địa cơ học cho thấy sự cải thiện đáng kể về ổn định giếng khoan so với các phương pháp thiết kế truyền thống.

5.2. Bài học kinh nghiệm từ dự án thiết kế giếng khoan TL 5P

Dự án thiết kế giếng TL-5P đã mang lại nhiều bài học kinh nghiệm quý báu về việc ứng dụng mô hình địa cơ học trong ngành dầu khí.

5.3. Quỹ đạo giếng TL 5P phân tích độ ổn định và tối ưu hoá

Xem xét lại quỹ đạo giếng TL-5P, phân tích và đánh giá độ ổn định của giếng khoan, từ đó tối ưu hoá các thông số như góc nghiêng để giảm thiểu tối đa rủi ro.

VI. Tương Lai Phát Triển Ứng Dụng Mô Hình Địa Cơ Học Mới Nhất

Việc phát triển và ứng dụng các mô hình địa cơ học tiên tiến hơn là xu hướng tất yếu trong ngành dầu khí. Các mô hình này sẽ giúp nâng cao độ chính xác của dự báo và giảm thiểu rủi ro trong quá trình khoan giếng. Trong tương lai, mô hình địa cơ học sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc khai thác tài nguyên dầu khí một cách an toàn và hiệu quả.

6.1. Các hướng nghiên cứu và phát triển mô hình địa cơ học

Các hướng nghiên cứu tập trung vào việc kết hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau, sử dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo để cải thiện độ chính xác của dự báo.

6.2. Ứng dụng công nghệ mới trong thiết kế ổn định giếng khoan

Việc ứng dụng công nghệ mới như cảm biến trong giếng khoan, kỹ thuật hình ảnh ba chiều sẽ giúp theo dõi và đánh giá ổn định giếng khoan một cách chính xác hơn.

6.3. Tầm quan trọng của hợp tác và chia sẻ kinh nghiệm

Hợp tác và chia sẻ kinh nghiệm giữa các công ty dầu khí và các nhà nghiên cứu là yếu tố then chốt để thúc đẩy sự phát triển của mô hình địa cơ học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ từ năm 1986, đóng góp quan trọng vào nền kinh tế quốc gia. Trong đó, công tác thiết kế giếng khoan đóng vai trò then chốt quyết định sự thành công của các dự án khai thác dầu khí. Tại mỏ TL-DD, bồn trũng Cửu Long, việc khoan giếng phát triển TL-5P gặp nhiều thách thức do điều kiện địa chất phức tạp, dẫn đến các sự cố như sập lở thành giếng, mất tuần hoàn dung dịch khoan, hiện tượng kick và kẹt thiết bị khoan. Những sự cố này ảnh hưởng trực tiếp đến tiến độ và chi phí dự án.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình địa cơ học để thiết kế ổn định giếng khoan TL-5P, bao gồm xác định chiều sâu đặt cột ống chống, tỷ trọng dung dịch khoan và quỹ đạo khoan tối ưu. Nghiên cứu sử dụng phần mềm GMI Wellcheck để mô phỏng và phân tích các thông số kỹ thuật dựa trên dữ liệu thực tế từ mỏ TL-DD. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giếng khoan TL-5P trong bồn trũng Cửu Long, với dữ liệu thu thập từ các giếng khoan thăm dò và phát triển trước đó.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc giảm thiểu rủi ro kỹ thuật, nâng cao hiệu quả khoan và đảm bảo an toàn trong quá trình khai thác. Việc áp dụng mô hình địa cơ học giúp tối ưu hóa các thông số khoan, từ đó cải thiện tỷ lệ thành công của giếng khoan phát triển trong điều kiện địa chất phức tạp, góp phần hoàn thiện công nghệ khoan dầu khí tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình địa cơ học trong thiết kế giếng khoan, bao gồm:

• Ứng suất trong đất đá: Bao gồm ứng suất thẳng đứng (SV), ứng suất ngang lớn nhất (SHmax) và ứng suất ngang nhỏ nhất (Shmin). Ứng suất thẳng đứng được tính bằng tích phân mật độ đất đá theo chiều sâu, trong khi ứng suất ngang được xác định gián tiếp qua các thí nghiệm như Leak-off Test (LOT), Extended Leak-off Test (XLOT) và mini-frac test.

• Áp suất lỗ rỗng (Pp) và ứng suất hiệu dụng: Áp suất lỗ rỗng ảnh hưởng đến sự ổn định thành giếng, được ước tính từ dữ liệu thử vỉa và các phép đo log.

• Độ bền đất đá: Độ bền nén đơn trục (UCS), góc ma sát trong (φ), và lực cố kết (S0) là các thông số cơ học quan trọng để đánh giá khả năng chịu lực của thành giếng.

• Mô hình phá hủy thành giếng: Phân tích các cơ chế phá hủy như breakout (phá hủy cắt) và Drilling Induced Tensile Fractures (DITF) dựa trên vòng tròn Mohr và các hiện tượng nứt gãy do thủy lực.

• Mô hình địa cơ học (Mechanical Earth Model - MEM): Tích hợp các thông số ứng suất, áp suất lỗ rỗng và tính chất cơ học đất đá để mô phỏng trạng thái ứng suất tại chỗ quanh giếng khoan, từ đó xác định cửa sổ dung dịch khoan và thiết kế quỹ đạo khoan tối ưu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu thực tế từ giếng khoan TL-5P và các giếng khoan lân cận tại mỏ TL-DD, bao gồm:

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu khoan, log địa vật lý (mật độ, sóng âm, điện trở), kết quả thử vỉa (LOT, XLOT), mẫu lõi và các thông số cơ học đất đá.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn các giếng khoan đại diện có dữ liệu đầy đủ và đặc trưng cho khu vực nghiên cứu nhằm xây dựng mô hình địa cơ học chính xác.

• Phân tích mô hình: Sử dụng phần mềm GMI Wellcheck để xây dựng mô hình địa cơ học, tính toán các thành phần ứng suất, áp suất lỗ rỗng và độ bền đất đá. Phân tích độ ổn định thành giếng dựa trên các kịch bản quỹ đạo khoan và tỷ trọng dung dịch khoan khác nhau.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ đầu năm 2015 đến tháng 7 năm 2015, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp thiết kế.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết địa cơ học và ứng dụng thực tiễn, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong thiết kế giếng khoan phát triển TL-5P.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định cửa sổ dung dịch khoan hợp lý: Mô hình địa cơ học cho thấy cửa sổ dung dịch khoan cho giếng TL-5P nằm trong khoảng tỷ trọng từ 9.5 đến 11.7 ppg, phù hợp để ngăn ngừa hiện tượng sập lở thành giếng và tránh hiện tượng kick do áp suất vỉa thấp. So với các giếng khoan trước đó trong khu vực, tỷ trọng dung dịch khoan được đề xuất tăng khoảng 0.3-0.5 ppg để đảm bảo ổn định thành giếng khi khoan các đoạn có góc nghiêng lớn.

2. Chiều sâu đặt cột ống chống tối ưu: Kết quả tính toán cho thấy chiều sâu đặt chân đế ống chống cần được thiết lập chính xác tại các vị trí chuyển tiếp địa tầng nhằm giảm thiểu rủi ro sập lở và mất dung dịch. Độ sâu này dao động trong khoảng 1355 đến 1826 mMD, tương ứng với các lớp địa chất có đặc tính cơ học khác nhau.

3. Ảnh hưởng của quỹ đạo khoan đến độ ổn định thành giếng: Phân tích cho thấy giếng khoan với góc nghiêng lớn hơn 40° yêu cầu tỷ trọng dung dịch khoan cao hơn để duy trì ổn định thành giếng. Quỹ đạo khoan song song với hướng ứng suất ngang nhỏ nhất (Shmin) giúp mở rộng cửa sổ dung dịch khoan, giảm nguy cơ sập lở và mất dung dịch.

4. Phân tích rủi ro và độ nhạy: Mô hình địa cơ học đánh giá các yếu tố rủi ro như hiện tượng breakout, nứt kéo DITF và mất dung dịch. Tỷ trọng dung dịch khoan vượt quá 15.7 ppg có thể gây mất dung dịch nghiêm trọng, trong khi tỷ trọng thấp hơn 9.5 ppg không đủ để duy trì ổn định thành giếng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các sự cố không ổn định thành giếng tại mỏ TL-DD là do đặc tính địa chất phức tạp với sự xen kẽ của đá phiến sét yếu và đá cát kết, cùng với sự bất đẳng hướng của ứng suất ngang. Việc áp dụng mô hình địa cơ học giúp nhận diện chính xác các vùng có nguy cơ sập lở và xác định các thông số khoan phù hợp.

So sánh với các nghiên cứu tại mỏ Nam Côn Sơn và Rạng Đông, kết quả tương đồng về vai trò của ứng suất ngang và áp suất lỗ rỗng trong việc kiểm soát ổn định thành giếng. Tuy nhiên, đặc thù địa chất tại mỏ TL-DD đòi hỏi sự điều chỉnh tỷ trọng dung dịch khoan và quỹ đạo khoan kỹ lưỡng hơn để tránh các sự cố khoan nghiêm trọng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cửa sổ dung dịch khoan theo độ sâu và góc nghiêng, bảng so sánh chiều sâu đặt ống chống và tỷ trọng dung dịch khoan giữa các giếng khoan, cũng như đồ thị phân tích độ nhạy tỷ trọng dung dịch với các hiện tượng sập lở và mất dung dịch.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa tỷ trọng dung dịch khoan: Đề nghị sử dụng tỷ trọng dung dịch khoan trong khoảng 9.5 - 11.7 ppg, điều chỉnh linh hoạt theo quỹ đạo khoan và đặc tính địa tầng để đảm bảo ổn định thành giếng, giảm thiểu hiện tượng sập lở và mất dung dịch. Thời gian áp dụng: ngay trong các chiến dịch khoan tiếp theo. Chủ thể thực hiện: kỹ sư khoan và phòng kỹ thuật.

2. Thiết kế chiều sâu đặt cột ống chống chính xác: Xác định chiều sâu đặt chân đế ống chống dựa trên mô hình địa cơ học và dữ liệu địa tầng, ưu tiên đặt tại các vị trí chuyển tiếp địa tầng có nguy cơ sập lở cao. Thời gian áp dụng: trong giai đoạn thiết kế giếng khoan. Chủ thể thực hiện: đội thiết kế giếng khoan.

3. Lựa chọn quỹ đạo khoan phù hợp: Ưu tiên khoan theo hướng ứng suất ngang nhỏ nhất (Shmin) để mở rộng cửa sổ dung dịch khoan và giảm áp lực lên thành giếng. Điều chỉnh góc nghiêng phù hợp để cân bằng giữa hiệu quả khai thác và ổn định giếng. Thời gian áp dụng: trong kế hoạch khoan phát triển mỏ. Chủ thể thực hiện: kỹ sư địa chất và kỹ sư khoan.

4. Ứng dụng phần mềm mô phỏng địa cơ học: Khuyến khích sử dụng phần mềm GMI Wellcheck hoặc tương đương để xây dựng mô hình địa cơ học cho các giếng khoan mới, giúp dự báo và phòng tránh các sự cố khoan. Thời gian áp dụng: dài hạn, tích hợp vào quy trình thiết kế giếng khoan. Chủ thể thực hiện: phòng kỹ thuật và nghiên cứu phát triển.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư khoan dầu khí: Nắm bắt các phương pháp thiết kế giếng khoan ổn định, áp dụng mô hình địa cơ học để tối ưu hóa tỷ trọng dung dịch và quỹ đạo khoan, giảm thiểu rủi ro trong quá trình khoan.

2. Chuyên gia địa chất và địa vật lý: Hiểu rõ về ứng suất tại chỗ, áp suất lỗ rỗng và đặc tính cơ học đất đá trong khu vực mỏ, hỗ trợ phân tích địa tầng và dự báo các vấn đề kỹ thuật.

3. Nhà quản lý dự án dầu khí: Đánh giá các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến tiến độ và chi phí khoan, từ đó đưa ra quyết định đầu tư và điều chỉnh kế hoạch khai thác phù hợp.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật dầu khí: Tham khảo mô hình nghiên cứu, phương pháp phân tích và ứng dụng thực tiễn trong thiết kế giếng khoan, nâng cao kiến thức chuyên môn và kỹ năng nghiên cứu.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình địa cơ học là gì và tại sao quan trọng trong thiết kế giếng khoan?
   Mô hình địa cơ học tích hợp các thông số ứng suất, áp suất lỗ rỗng và tính chất cơ học đất đá để mô phỏng trạng thái ứng suất quanh giếng khoan. Nó giúp xác định cửa sổ dung dịch khoan và quỹ đạo khoan tối ưu, giảm thiểu rủi ro sập lở và mất dung dịch, từ đó nâng cao hiệu quả và an toàn khoan.

2. Tỷ trọng dung dịch khoan ảnh hưởng như thế nào đến độ ổn định thành giếng?
   Tỷ trọng dung dịch khoan phải đủ cao để cân bằng áp suất vỉa và ứng suất đất đá, ngăn ngừa sập lở thành giếng. Tuy nhiên, nếu quá cao sẽ gây mất dung dịch và phá hủy vỉa chứa. Nghiên cứu cho thấy tỷ trọng dung dịch trong khoảng 9.5 - 11.7 ppg là phù hợp cho giếng TL-5P.

3. Làm thế nào để xác định chiều sâu đặt cột ống chống?
   Chiều sâu đặt cột ống chống được xác định dựa trên đặc điểm địa tầng và mô hình địa cơ học, nhằm bảo vệ các lớp đất đá yếu và giảm thiểu rủi ro sập lở. Việc này được thực hiện thông qua phân tích dữ liệu khoan, log và thử vỉa.

4. Quỹ đạo khoan ảnh hưởng ra sao đến sự ổn định của giếng khoan?
   Quỹ đạo khoan ảnh hưởng đến phân bố ứng suất quanh lỗ khoan. Khoan theo hướng ứng suất ngang nhỏ nhất giúp giảm áp lực lên thành giếng, mở rộng cửa sổ dung dịch khoan và giảm nguy cơ sập lở. Góc nghiêng lớn cũng yêu cầu tỷ trọng dung dịch cao hơn để duy trì ổn định.

5. Phần mềm GMI Wellcheck được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   GMI Wellcheck là công cụ mô phỏng địa cơ học giúp xây dựng mô hình ứng suất và tính toán các thông số khoan như tỷ trọng dung dịch, chiều sâu ống chống và quỹ đạo khoan. Phần mềm hỗ trợ phân tích độ ổn định thành giếng dựa trên dữ liệu thực tế, giúp tối ưu hóa thiết kế giếng khoan.

Kết luận

• Ứng dụng mô hình địa cơ học giúp xác định chính xác cửa sổ dung dịch khoan, chiều sâu đặt ống chống và quỹ đạo khoan cho giếng TL-5P tại mỏ TL-DD.
• Tỷ trọng dung dịch khoan trong khoảng 9.5 - 11.7 ppg được đề xuất để đảm bảo ổn định thành giếng và giảm thiểu sự cố khoan.
• Quỹ đạo khoan theo hướng ứng suất ngang nhỏ nhất và điều chỉnh góc nghiêng phù hợp giúp mở rộng cửa sổ dung dịch và tăng hiệu quả khoan.
• Phân tích độ nhạy và đánh giá rủi ro cho thấy việc cân bằng giữa tỷ trọng dung dịch và đặc tính địa tầng là yếu tố quyết định thành công của giếng khoan.
• Khuyến nghị áp dụng phần mềm mô phỏng địa cơ học trong thiết kế giếng khoan để nâng cao hiệu quả và an toàn trong các dự án khoan phát triển mỏ.

Tiếp theo, cần triển khai áp dụng các giải pháp đề xuất trong các chiến dịch khoan thực tế và tiếp tục cập nhật mô hình địa cơ học dựa trên dữ liệu mới nhằm hoàn thiện công nghệ khoan tại Việt Nam. Đề nghị các đơn vị liên quan phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỊA CƠ HỌC TRONG CÔNG TÁC THIẾT KẾ ỔN ĐỊNH GIẾNG KHOAN PHÁT TRIỂN 1.1 Ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế giếng khoan GC-1P tại bồn trũng Nam Côn Sơn [1] Tại Bồn trũng Nam Côn Sơn, Công ty Côn Sơn JOC đã thực hiện nghiên cứu phân tích ổn định thành giếng để khoan thẩm lượng các giếng khoan tại mỏ Gấu chúa và Cá Chó, ngoài khơi Việt nam. Nghiên cứu được thực hiện bởi Công ty Baker Hughes vào năm 2013 bằng sử dụng phần mềm cơ sở GMI Wellcheck và lý thuyết về mô hình địa cơ học.1 Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng một mô hình địa cơ học cụ thể dựa trên dữ liệu từ năm giếng khoan thăm dò CC-2X, CC-2XST, GC-1X, GC-1XST và GC-2X. Dự đoán cơ chế gây ra những vấn đề không ổn định bằng cách xem xét các giếng đã khoan dựa trên mô hình địa cơ học này. Tiến hành phân tích sự ổn định thành giếng cho giếng khoan thẩm lượng GC- 1P với mục đích: o Xác định cửa sổ dung dịch khoan để hạn chế sập lở thành giếng khoan, tránh hiện tượng kick do tỷ trọng dung dịch thấp.

o Nghiên cứu sâu về ứng suất đứng tại khoảng độ sâu từ 2000mMD đến tầng móng.2 Kết quả nghiên cứu Mỏ Gấu Chúa và Cá Chó có trường ứng suất bình thường: Shmin < SHmax < SV (hình 1. Góc phương vị của SHmax là 120N tới 200N. Trong đó ứng suất đứng SV được xác định bằng sử dụng dữ liệu tỷ trọng. Ứng suất ngang nhỏ nhất Shmin xác định từ dữ liệu Leak-off Test.

Ứng suất ngang lớn nhất SHmax được tính toán từ dữ liệu thu thập từ minh giải ảnh của giếng khoan GC-2X. Áp suất lỗ rỗng bình thường, tuân theo mực thủy tĩnh với tỷ trọng chất lưu < 8. Giếng khoan GC-1P được xây dựng với mô hình áp suất thủy tĩnh, tương tự như giếng khoan CC-2X.1: Trường ứng suất của mỏ GC & CC Cửa sổ dung dịch khoan theo tính toán cho giếng GC-1P như bảng 1.1 với dung dịch khoan gốc nước. Dung dịch khoan gốc dầu sẽ cải thiện hơn tính chất thành hệ khoan qua cũng có thể được xem xét sử dụng trong tính toán dung dịch khoan.

Tỷ trọng dung dịch lớn nhất được giới hạn bởi gradient vỡ vỉa tại chân đế cột ống chống trước đó.1: Cửa sổ dung dịch khoan thiết kế cho giếng GC-1P 4 1.3 Trình tự công việc xây dựng mô hình cơ học đá: Hình 1.2: Các bước xây dựng mô hình cơ học đá cho giếng GC-1P Các bước xây dựng mô hình cơ học đá cho giếng GC-1P như trình bày trên hình 1. Từ việc sử dụng tài liệu mẫu lõi, địa vật lý, dữ liệu khoan và kinh nghiệm để xây dựng mô hình cơ học đất đá đặc trưng cho ứng suất tại chỗ, áp lực lỗ rỗng, tính chất cơ học đá của lớp phủ và vỉa. Từ đó, rút ra được vấn đề về sự không ổn định của các lỗ khoan là do sự phá huỷ của các thớ lớp phẳng yếu và sức bền của lớp đá dị hướng trong tập đá phiến sét xen kẹp với cát kết. Để kiểm soát thớ lớp yếu và sự phá huỷ của tập đá dị hướng thì cần phải tăng tỉ trọng dung dịch khoan từ kế hoạch ban đầu.

Trong khi đó, tỉ trọng dung dịch cần thiết cho việc duy trì sự ổn định thành giếng thay đổi tùy thuộc vào quỹ đạo thân giếng và đặc tính lớp đất đá. Nếu tỉ trọng dung dịch cao có thể gây nhiễm bẩn thành hệ và nguy cơ nứt vỡ vỉa. Các thành phần chính của mô hình địa cơ học bao gồm ba ứng suất chính (ứng suất thẳng đứng: Sv, ứng suất ngang tối đa: SHmax và ứng suất ngang tối thiểu: Shmin), 5 áp lực lỗ rỗng (Pp) và tính chất cơ học đất đá, độ bền nén đơn trục (UCS) và góc ma sát trong. Các thành phần này có thể xác định bằng dữ liệu lỗ khoan của một vài giếng đại diện trong khu mỏ.

Khi ứng suất ngang không bằng nhau, một ứng suất bất đẳng hướng tạo ra và gây nên sự không ổn định thành giếng. Các thông tin ứng suất khu vực, các tài liệu đo mật độ logs, đo áp lực lỗ rỗng, dữ liệu nứt vỉa thuỷ lực (LOT – leak-off test), và độ bền đất đá lấy từ log được sử dụng để xây dựng mô hình địa cơ học. Trừ các góc phương vị và độ lớn của SHmax, các thành phần khác của mô hình địa cơ học có thể được xác định từ dữ liệu lỗ khoan bằng cách xem một vài giếng đại diện trong khu vực. Đá thí nghiệm là cát kết.

Log hiệu chuẩn UCS và các thông số cơ học khác của đá được sử dụng. Áp suất lỗ rỗng cũng vậy, các đường log siêu âm, mật độ và điện trở được sử dụng để ước tính áp suất lỗ rỗng, và đã được điều chỉnh bằng cách sử dụng dữ liệu đo lường trực tiếp và kinh nghiệm khoan. Dữ liệu cho thấy thành hệ gây áp lực lên vỉa là bình thường. Ứng suất thẳng đứng được tính bằng tích hợp mật độ thành hệ, và thu được từ các tài liệu wireline logs.

Độ lớn của Sv trong mỏ tương tự như trong khu vực vì đáy biển tương đối phẳng và mật độ đất đá ít thay đổi theo chiều ngang. Ứng suất ngang tối thiểu (Shmin) ở độ sâu nhất định có thể được ước tính trực tiếp từ các dữ liệu vỡ vỉa (XLOT – extended leak-off test), dữ liệu nứt vỉa thuỷ lực (LOT – leak-off test) hoặc mini-frac test.3 thể hiện đồ thị nứt vỉa thủy lực tại giếng GC-2X ở độ sâu 1817mTVD. Trong quá trình thử vỉa, tỷ trọng dung dịch khoan là 9.2 ppg, áp suất leak-off tại 1115 psi. Góc phương vị và độ lớn của ứng suất ngang tối đa (SHmax) có thể được ước tính thông qua việc phân tích các phá huỷ thân giếng như breakout và các vết nứt kéo.

Phân tích ứng suất cho phép xác định hướng phá huỷ thân giếng và độ lớn của SHmax vì sự phá huỷ thân giếng gây ra bởi ứng suất hoạt động xung quanh thân giếng khi khoan. Trong giếng có góc lệch thấp (gần thẳng đứng), breakout thường phát triển theo hướng Shmin. Góc phương vị của SHmax được chấp nhận là ~120N- 200N trong 6 mỏ dựa trên breakout thân giếng giải thích từ các dữ liệu hình ảnh đo điện. Quan trắc này là phù hợp với ứng suất định hướng trong khu vực (Hình 1.3: Thí nghiệm LOT tại giếng GC-2X ở độ sâu 1817mTVD Hình 1.4: Ứng suất ngang lớn nhất trong khu vực Hình 1.5 là phân tích Caliper trong giếng GC-2X ở độ sâu 2438-3528m.

Dữ 7 liệu đo Caliper cho thấy sự xuất hiện của hướng phá hủy lỗ khoan dựa theo hướng của Break out. Góc phương vị trung bình của Break out trong thành hệ đứng (<3250mMD) là 1020N. Góc phương vị trung bình của ứng suất ngang lớn nhất là 120N.5: Phân tích Caliper trong giếng GC-2X ở độ sâu 2438-3528m 1.4 Tổng hợp thành phần ứng suất đứng từ số liệu của 05 giếng khoan. Theo tính toán và thống kê, thành phần ứng suất đứng cho 05 giếng khoan có biên dạng như hình 1.

Chiều sâu mực nước của giếng GC-1P tương ứng với các giếng phân tích là 85m. Biên dạng ứng suất đứng của 5 giếng gần như tương đồng sai khác ít hơn 1ppg.6: Tổng hợp thành phần ứng suất đứng từ 05 giếng khoan 1.5 Ảnh hưởng của hướng khoan tới độ ổn định thành giếng Hình 1.7: Ảnh hưởng của hướng khoan tới độ ổn định thành giếng tại độ sâu 2,455 mMD 9 Ta thấy biên dưới của cửa sổ dung dịch khoan (màu xanh lá cây) tại mỗi điểm của lỗ khoan được kiểm soát bởi áp suất lỗ rỗng hay áp suất phá hủy giếng khoan. Biên trên của cửa sổ dung dịch khoan được kiểm soát bởi áp suất ngang nhỏ nhất trong tầng cát kết Shmin. Biên trên cũng cho biết giới hạn của tỷ trọng tuần hoàn tương đương trong quá trình khoan thực tế.7 thể hiện áp lực sụp lở thành giếng (borehole collapse pressure) tại tất cả các hướng khoan trong thành hệ.

Trong đó, hình này cũng thể hiện các thông số quỹ đạo của giếng khoan thiết kế GC-1P (vị trí ô tròn màu trắng trong hình). Mũi tên chỉ hướng phát triển của ứng suất ngang lớn nhất SHmax. Tại độ sâu 2,455 mMD, giếng có góc phương vị 1680, góc lệch thân giếng là 430 và giá trị borehole collapse tại độ sâu này là 9. Tỉ trọng dung dịch khoan được yêu cầu để đảm bảo sự ổn định thành giếng tỉ lệ với góc lệch thân giếng.

Tại các đoạn thân giếng nghiêng, tỉ trọng dung dịch khoan cần thiết cao hơn so với đoạn thân giếng đứng ở cùng độ sâu. Tuy nhiên, tỉ trọng dung dịch khoan được yêu cầu để đảm bảo sự ổn định thành giếng gần như không chịu ảnh hưởng bởi góc phương vị giếng.2 Ứng dụng mô hình địa cơ học trong thiết kế giếng khoan LDV-4X tại mỏ LDN và LDV [2] 1.1 Mục tiêu nghiên cứu Mô hình địa cơ học và phân tích độ ổn định thành giếng được xây dựng cho giếng khoan LDV-4X trong mỏ LDN và LDV dựa trên nghiên cứu địa cơ học từ các giếng khoan trước đó: LDN-1X, LDN-3X, LDV-1X và LDV-3X. Nghiên cứu được thực hiện bởi công ty Schlumberger vào năm 2012. Vấn đề chính gặp phải là hiện tượng mất dung dung dịch khoan khi khoan qua tầng đá móng granite, kẹt cần khoan.

Chính vì vậy nghiên cứu và xây dựng mô hình địa cơ học đã được thực hiện để phân tích những sự cố gặp phải trong quá trình khoan các giếng khoan trước đó và tính toán được cửa sổ khoan hợp lý cho giếng dự định sẽ khoan LDV-4X. Mục tiêu chính của nghiên cứu là xem xét lại những dữ liệu các giếng đã khoan, sử dụng các số liệu đo log, số liệu khoan và các số liệu liên quan để hiểu được các sự cố khoan và tính chất cơ học đá của mỏ.8: Sơ đồ mỏ LDV và LDN 1.2 Kết quả nghiên cứu Xây dựng được mô hình địa cơ học (Mechanical Earth Model) cho 4 giếng offset, bao gồm áp suất lỗ rỗng, mô hình ứng suất đất đá. Mô hình áp suất lỗ rỗng được thực hiện dựa trên phương pháp Eaton. Áp suất lỗ rỗng trong tầng móng được tính toán từ số liệu thử vỉa DST.

Áp suất lỗ rỗng được hiệu chỉnh lại dựa trên kinh nghiệm khoan và tỷ trọng dung dịch đã sử dụng trong khi khoan. Trường ứng suất của mỏ LDN là bình thường với Shmin < SHmax < SV, của mỏ LDV với đứt gãy trượt phẳng: Shmin < SV < SHmax và đứt gãy chờm nghịch trong tầng móng SV < Shmin < SHmax. Theo nghiên cứu, cửa sổ dung dịch khoan và độ sâu ống chống cho giếng khoan LDV-4X như bảng 1.